В океане энергии

Вот еще один из непреложных законов развития науки: открытие в одной достаточно узкой области немедленно используется в других областях, позволяет продвинуть их, а достигнутый прогресс тут же кладется в основу новых исследований.

В поход за мощностью

Мощность фотонных пучков в газовых мазерах, используемых в качестве атомных часов, столь же мала, сколь велика точность этих часов. Это вполне объяснимо. С самого начала следует брать достаточно разреженный газ, чтобы по возможности исключить взаимное влияние одних атомов на другие. А дальше производится последовательный отбор. Сначала из общего числа атомов отбираются возбужденные. Затем из общего числа фотонов, получаемых в результате вынужденного излучения, отбираются те, частота которых близка к заданной. Получаемый в результате пучок фотонов содержит в буквальном смысле слова несколько фотонов в секунду — и вполне достаточно. Ведь задача — получить частоту колебаний с весьма высокой точностью. Дальнейшее усиление (без изменения частоты) осуществляется чисто радиотехническими методами.

К этой проблеме можно подойти и с другой стороны. Один моль любого вещества содержит примерно 6-1023 атомов (число Авогадро), масса одного моля цезия составляет 133 г. Предположим, что в исходном потоке выделяется 1 мг паров цезия в 1 с. Этому соответствует поток, содержащий примерно 45-1017 атомов в 1 с. Дальше в результате механического разделения выделяется одна стотысячная доля этих атомов, всего 45-1012 возбужденных атомов в 1 с. Предположим, хотя, вообще говоря, это далеко от действительности, во всех этих атомах совершаются вынужденные переходы с образованием соответствующих фотонов. Энергия фотона в микроволновом диапазоне, т. е. при частотах порядка 1010 Гц составляет примерно Ю-4 эВ, или 1,6-Ю-16 эрг. Какова максимальная мощность, которую можно получить от газового мазера? Примерно 7- 10~3 эрг/с. Что и говорить, очень мало.

Проведем другой расчет. В качестве активного вещества берем не цезий, а кремний. Причем имеется образец массой 1 г. В подобном образце содержится примерно 4-Ю22 атомов. Пусть.как и в предыдущем случае, удается выделить одну стотысячную из общего числа, т.е. 4-1017 атомов. Предположим, что все эти атомы испытывают вынужденные переходы, причем образуются фотоны видимого света с энергией порядка 5 эВ, или 8-10~12 эрг. В результате выделяется мощность 32-•105 эрг. Поскольку в твердом теле атомы расположены очень близко друг к другу, то, как говорят, полное высвечивание всех возбужденных атомов произойдет быстро, скажем, за 10~6 с. В результате получается мощность порядка 32-1011 эрг, т.е. 8-104Дж/с, или 40 кВт. Такая мощность развивается кусочком вещества массой всего 1 г!